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Tomografía computarizada industrial

Conjunto animado de imágenes de transmisión de tomografía computarizada de una cámara web Logitech C500

La tomografía computarizada industrial ( TC ) es cualquier proceso tomográfico asistido por computadora , generalmente tomografía computarizada con rayos X , que utiliza irradiación para producir representaciones internas y externas tridimensionales de un objeto escaneado. La tomografía computarizada industrial se ha utilizado en muchas áreas de la industria para la inspección interna de componentes. Algunos de los usos clave de la tomografía computarizada industrial han sido la detección de fallas, el análisis de fallas, la metrología, el análisis de ensamblajes y las aplicaciones de ingeniería inversa . [1] [2] Al igual que en las imágenes médicas , las imágenes industriales incluyen tanto la radiografía no tomográfica ( radiografía industrial ) como la radiografía tomográfica computarizada (tomografía computarizada).

Tipos de escáneres

Línea de haz del escáner CT
Escáner de haz lineal

El escaneo de haz lineal es el proceso tradicional de escaneo CT industrial. [3] Se generan rayos X y el haz se colima para crear una línea. Luego, el haz de rayos X se traslada a través de la pieza y el detector recopila datos. Luego, los datos se reconstruyen para crear una representación volumétrica en 3D de la pieza.

En el escaneo de haz cónico , la pieza que se va a escanear se coloca en una mesa giratoria. [3] A medida que la pieza gira, el cono de rayos X produce una gran cantidad de imágenes 2D que son recopiladas por el detector. Luego, las imágenes 2D se procesan para crear una representación volumétrica 3D de las geometrías externa e interna de la pieza.

Línea de haz del escáner CT
Escáner de haz cónico

Historia

La tecnología de tomografía computarizada industrial se introdujo en 1972 con la invención del escáner de tomografía computarizada para imágenes médicas por Godfrey Hounsfield . La invención le valió un Premio Nobel de Medicina, que compartió con Allan McLeod Cormack . [4] [5] Muchos avances en la tomografía computarizada han permitido su uso en el campo industrial para la metrología, además de la inspección visual utilizada principalmente en el campo médico ( tomografía computarizada médica ).

Técnicas de análisis e inspección

Entre los diversos usos y técnicas de inspección se incluyen las comparaciones de piezas con CAD, las comparaciones de piezas con piezas, el análisis de ensamblajes y defectos, el análisis de huecos, el análisis de espesores de pared y la generación de datos CAD. Los datos CAD se pueden utilizar para ingeniería inversa , dimensionamiento geométrico y análisis de tolerancias, y aprobación de piezas de producción. [6]

Asamblea

Una de las formas más reconocidas de análisis mediante TC es el análisis visual o de ensamblaje. La tomografía computarizada proporciona vistas del interior de los componentes en su posición de funcionamiento, sin necesidad de desmontarlos. Algunos programas de software para la tomografía computarizada industrial permiten tomar medidas a partir de la representación volumétrica del conjunto de datos de TC. Estas mediciones son útiles para determinar las holguras entre las piezas ensambladas o la dimensión de una característica individual.

Tomografía computarizada (TC) industrial realizada en una pieza de fundición de aluminio para identificar fallas internas, como huecos. Todas las partículas con colores coordinados dentro de la pieza de fundición son huecos, porosidad o bolsas de aire, que también se pueden medir y tienen colores coordinados según el tamaño.

Detección de huecos, grietas y defectos

Vuelo a través de una reconstrucción 3D de un molinillo de pimienta desechable. Vidrio en color azul.

Tradicionalmente, la detección de defectos, huecos y grietas en un objeto requería pruebas destructivas. La tomografía computarizada puede detectar características internas y fallas mostrando esta información en 3D sin destruir la pieza. La tomografía computarizada industrial (rayos X 3D) se utiliza para detectar fallas dentro de una pieza, como porosidad [7] , una inclusión o una grieta [8] . También se ha utilizado para detectar el origen y la propagación de daños en el hormigón [9] .

Los componentes de fundición de metal y de plástico moldeado suelen ser propensos a la porosidad debido a los procesos de enfriamiento, las transiciones entre paredes gruesas y delgadas y las propiedades del material. El análisis de huecos se puede utilizar para localizar, medir y analizar huecos dentro de componentes de plástico o metal.

Análisis de tolerancias y dimensionamiento geométrico

Tradicionalmente, sin pruebas destructivas, la metrología completa solo se ha realizado en las dimensiones exteriores de los componentes, como con una máquina de medición de coordenadas (CMM) o con un sistema de visión para mapear las superficies exteriores. Los métodos de inspección interna requerirían el uso de una radiografía 2D del componente o el uso de pruebas destructivas. La tomografía computarizada industrial permite una metrología no destructiva completa. Con una complejidad geométrica ilimitada, la impresión 3D permite crear características internas complejas sin impacto en el costo, características a las que no se puede acceder con la CMM tradicional. El primer artefacto impreso en 3D que está optimizado para la caracterización de la forma mediante tomografía computarizada TC [10]

Métodos de elementos finitos basados ​​en imágenes

El método de elementos finitos basado en imágenes convierte los datos de imágenes 3D de la tomografía computarizada con rayos X directamente en mallas para el análisis de elementos finitos . Los beneficios de este método incluyen el modelado de geometrías complejas (por ejemplo, materiales compuestos) o el modelado preciso de componentes "tal como se fabrican" a escala micrométrica. [11]

Tendencias y desarrollos

Se prevé que el mercado de tomografía computarizada industrial alcance un tamaño de USD 773,45 millones a USD 1.116,5 millones entre 2029 y 2030. Las tendencias regionales muestran que se espera un fuerte crecimiento del mercado, particularmente en la región de Asia y el Pacífico, pero también en América del Norte y Europa, debido a las estrictas normas de seguridad y el mantenimiento preventivo de los equipos industriales. [12] [13]  El crecimiento está siendo impulsado principalmente por el desarrollo continuo de dispositivos y servicios de TC que permiten realizar pruebas precisas y no destructivas de los componentes. Las innovaciones como el uso de inteligencia artificial para análisis automatizados de fallas y el desarrollo de sistemas de TC móviles están ampliando las posibilidades. [14]

Véase también

Referencias

  1. ^ Flisch, A., et al. Tomografía computarizada industrial en aplicaciones de ingeniería inversa. Actas de la DGZfP BB 67-CD, Documento 8, Tomografía computarizada para aplicaciones industriales y procesamiento de imágenes en radiología, 15 al 17 de marzo de 1999, Berlín, Alemania.
  2. ^ Woods, Susan. "La inspección por TC 3D ofrece una visión completa de las micropartes", 1 de noviembre de 2010.
  3. ^ ab Hofmann, J., Flisch, A., Obrist, A., Métodos de optimización basados ​​en malla de escaneo de TC adaptativo para aplicaciones de tomografía computarizada de rayos X industriales. NDT&E International (37), 2004, págs. 271–278.
  4. ^ Zoofan, Bahman. "Microtomografía 3D: una poderosa herramienta de ingeniería" Archivado el 7 de julio de 2011 en Wayback Machine . Tecnologías de escaneo 3D. 5 de julio de 2010.
  5. ^ Noel, Julien. "Ventajas de la TC en el escaneo 3D de piezas industriales". Archivado el 7 de julio de 2011 en Wayback Machine . 18 de agosto de 2010.
  6. ^ "Reducción de los costos de inspección de preproducción con tomografía computarizada industrial (TC)". Revista Micro Manufacturing para la industria global de tecnología de microfabricación, agosto de 2010.
  7. ^ Lambert, J.; Chambers, AR; Sinclair, I.; Spearing, SM (2012). "Caracterización de daños en 3D y el papel de los huecos en la fatiga de los materiales de las palas de las turbinas eólicas". Composites Science and Technology . 72 (2): 337. doi :10.1016/j.compscitech.2011.11.023.
  8. ^ Bull, DJ; Helfen, L.; Sinclair, I.; Spearing, SM; Baumbach, T. (2013). "Una comparación de técnicas de inspección tomográfica de rayos X 3D multiescala para evaluar el daño por impacto de compuestos de fibra de carbono" (PDF) . Composites Science and Technology . 75 : 55–61. doi :10.1016/j.compscitech.2012.12.006.
  9. ^ Joshi, Nirmal Raj; Matsumoto, Ayumu; Asamoto, Shingo; Miura, Taito; Kawabata, Yuichiro (1 de abril de 2022). "Investigación del comportamiento mecánico del hormigón con expansión retardada severa de la formación de etringita, centrándose en la propagación del daño interno bajo varios patrones de carga de compresión". Cemento y compuestos de hormigón . 128 : 104433. doi : 10.1016/j.cemconcomp.2022.104433 . ISSN  0958-9465. S2CID  246514058.
  10. ^ Shah, Paras; Racasan, Radu; Bills, Paul (1 de noviembre de 2016). "Comparación de diferentes métodos de fabricación aditiva mediante tomografía computarizada". Estudios de caso en ensayos y evaluación no destructivos . 6 : 69–78. doi : 10.1016/j.csndt.2016.05.008 . ISSN  2214-6571.
  11. ^ Evans, Ll. M.; Margetts, L.; Casalegno, V.; Lever, LM; Bushell, J.; Lowe, T.; Wallwork, A.; Young, P.; Lindemann, A. (28 de mayo de 2015). "Análisis de elementos finitos térmicos transitorios del monobloque de CFC–Cu del ITER utilizando datos de tomografía de rayos X". Ingeniería y diseño de fusión . 100 : 100–111. Bibcode :2015FusED.100..100E. doi : 10.1016/j.fusengdes.2015.04.048 . hdl : 10871/17772 .
  12. ^ "Mercado de tomografía computarizada industrial: tomografía computarizada: tamaño, participación y análisis de la industria". www.mordorintelligence.com . Mordor Intelligence . Consultado el 11 de abril de 2024 .
  13. ^ "Informe sobre el tamaño del mercado de tomografía computarizada industrial, 2030". www.grandviewresearch.com . Grand View Research, Inc . Consultado el 11 de abril de 2024 .
  14. ^ "Información sobre tendencias, desarrollo del mercado e innovaciones tecnológicas". www.microvista.de . Microvista GmbH. 2024-04-10 . Consultado el 2024-04-11 .